(57)【要約】【課題】  リーク電流を抑制できる半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法を提供する。【解決手段】  半導体レーザ１は、III−V族化合物半導体層５と、III−V族化合物半導体層５上に設けられた活性層７と、活性層７上に設けられリン元素を含むIII−V族化合物半導体層９とを備える。また、半導体レーザ１は、III−V族化合物半導体層９上に設けられリン元素を含むIII−V族化合物半導体層１１と、III−V族化合物半導体層１１上に設けられヒ素元素を含むIII−V族化合物半導体層１３とを備える。III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３とによって電流狭窄層１２が構成される。【選択図】  図１
2006245513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、
前記活性層上に設けられリン元素を含む第１のIII−V族化合物半導体層と、
前記第１のIII−V族化合物半導体層上に設けられリン元素を含む第２のIII−V族化合物半導体層と、
前記第２のIII−V族化合物半導体層上に設けられヒ素元素を含む第３のIII−V族化合物半導体層と、
を備え、
前記第２のIII−V族化合物半導体層と前記第３のIII−V族化合物半導体層とによって電流狭窄層が構成される、半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１のIII−V族化合物半導体層はメサ部を有する、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１のIII−V族化合物半導体層は、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰから構成され、
前記第２のIII−V族化合物半導体層は、ＧａＩｎＰから構成され、
前記第３のIII−V族化合物半導体層は、ＧａＡｓから構成される、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
活性層上にリン元素を含む第１のIII−V族化合物半導体層を形成する工程と、
前記第１のIII−V族化合物半導体層上にリン元素を含む第２のIII−V族化合物半導体層を形成した後に、前記第２のIII−V族化合物半導体層上にヒ素元素を含む第３のIII−V族化合物半導体層を形成することにより、前記第２のIII−V族化合物半導体層と前記第３のIII−V族化合物半導体層とを有する電流狭窄層を形成する工程と、
を含む、半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザの構造として、メサ部がIII−V族化合物半導体層によって埋め込まれた構造（埋め込み構造）が知られている（例えば、特許文献１，２及び非特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平６−３１０８０８号公報
【特許文献２】特開２００１−２９８２４２号公報
【非特許文献１】平田著、「わかる半導体レーザの基礎と応用」、ＣＱ出版社、２００１年、ｐ．６６−６９
【非特許文献２】池上、土屋、三上著、「半導体フォトニクス工学」、コロナ社、１９９５年、ｐ．２４１−２４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図４は、埋め込み構造を有する半導体レーザの一例を模式的に示す断面図である。半導体レーザ１０１は、ＧａＡｓ基板１０３と、ＧａＡｓ基板１０３上に設けられＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０５と、ｎ型クラッド層１０５上に設けられた活性層１０７とを備える。活性層１０７上には、メサ部１２１を有しＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１０９が設けられている。ｐ型クラッド層１０９上には、メサ部１２１を埋め込むようにＧａＡｓからなるｎ型電流狭窄層１１３が設けられている。ｎ型電流狭窄層１１３及びメサ部１２１上には、ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１１５が設けられている。ｐ型コンタクト層１１５上には電極１１７が設けられており、ＧａＡｓ基板１０３の下面には電極１１９が設けられている。
【０００４】
半導体レーザ１０１では、電極１１７と電極１１９との間に電圧を印加すると、ｎ型電流狭窄層１１３によって狭窄された電流が活性層１０７に供給される。この場合、ｎ型電流狭窄層１１３とｐ型クラッド層１０９との間にリーク電流が生じるおそれがある。このようなリーク電流は、例えば、ｎ型電流狭窄層１１３とｐ型クラッド層１０９との界面に存在する結晶欠陥に起因すると考えられる。
【０００５】
具体的には、例えば、ｐ型クラッド層１０９上にｎ型電流狭窄層１１３を形成する際にｐ型クラッド層１０９が加熱されると、ｐ型クラッド層１０９中のリン元素が抜けることにより、ｎ型電流狭窄層１１３とｐ型クラッド層１０９との界面に結晶欠陥が生じると考えられる。
【０００６】
本発明は、リーク電流を抑制できる半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、活性層と、活性層上に設けられリン元素を含む第１のIII−V族化合物半導体層と、第１のIII−V族化合物半導体層上に設けられリン元素を含む第２のIII−V族化合物半導体層と、第２のIII−V族化合物半導体層上に設けられヒ素元素を含む第３のIII−V族化合物半導体層とを備え、第２のIII−V族化合物半導体層と第３のIII−V族化合物半導体層とによって電流狭窄層が構成される。
【０００８】
本発明の半導体レーザでは、電流狭窄層により狭窄された電流が活性層に供給されることによりレーザ光が出力される。この半導体レーザでは、リン元素を含む第１のIII−V族化合物半導体層上に、リン元素を含む第２のIII−V族化合物半導体層が設けられているので、第１のIII−V族化合物半導体層と第２のIII−V族化合物半導体層との間に、リン元素が抜けることによる結晶欠陥が発生し難くなる。その結果、第１のIII−V族化合物半導体層と電流狭窄層との間のリーク電流が抑制される。
【０００９】
また、第１のIII−V族化合物半導体層はメサ部を有することが好ましい。これにより、横方向の光閉じ込め性を向上できる。
【００１０】
また、第１のIII−V族化合物半導体層は、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰから構成され、第２のIII−V族化合物半導体層は、ＧａＩｎＰから構成され、第３のIII−V族化合物半導体層は、ＧａＡｓから構成されることが好ましい。この場合、第１のIII−V族化合物半導体層と電流狭窄層との間のリーク電流は顕著に抑制される。
【００１１】
また、本発明の半導体レーザの製造方法は、活性層上にリン元素を含む第１のIII−V族化合物半導体層を形成する工程と、第１のIII−V族化合物半導体層上にリン元素を含む第２のIII−V族化合物半導体層を形成した後に、第２のIII−V族化合物半導体層上にヒ素元素を含む第３のIII−V族化合物半導体層を形成することにより、第２のIII−V族化合物半導体層と第３のIII−V族化合物半導体層とを有する電流狭窄層を形成する工程とを含む。
【００１２】
本発明の半導体レーザの製造方法では、リン元素を含む第１のIII−V族化合物半導体層上に、リン元素を含む第２のIII−V族化合物半導体層を形成するので、第１のIII−V族化合物半導体層と電流狭窄層との間に、リン元素が抜けることによる結晶欠陥が発生し難くなる。その結果、得られる半導体レーザにおいて、第１のIII−V族化合物半導体層と電流狭窄層との間のリーク電流が抑制される。
【００１３】
また、第１のIII−V族化合物半導体層はメサ部を有することが好ましい。これにより、得られる半導体レーザにおいて横方向の光閉じ込め性を向上できる。
【００１４】
また、第３のIII−V族化合物半導体層は、第２のIII−V族化合物半導体層を形成した成膜装置を用いて形成されることが好ましい。この場合、第２のIII−V族化合物半導体層と第３のIII−V族化合物半導体層との間に不純物が残存し難くなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法によれば、リーク電流を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００１７】
（半導体レーザ）
図１は、実施形態に係る半導体レーザの一例を模式的に示す断面図である。本実施形態において、半導体レーザ１は、基板３上に設けられたIII−V族化合物半導体層５と、III−V族化合物半導体層５上に設けられた活性層７と、活性層７上に設けられたIII−V族化合物半導体層９（第１のIII−V族化合物半導体層）とを備える。
【００１８】
III−V族化合物半導体層５及びIII−V族化合物半導体層９は、例えばクラッド層として機能する。III−V族化合物半導体層５は第１導電型であることが好ましく、III−V族化合物半導体層９は第１導電型とは異なる第２導電型であることが好ましい。一実施例において、III−V族化合物半導体層５はｎ型であり、III−V族化合物半導体層９はｐ型である。
【００１９】
III−V族化合物半導体層９は、メサ部２１と、メサ部２１を支持するIII−V族化合物半導体層２３とを有することが好ましい。メサ部２１により、横方向の光閉じ込め性を向上できる。図１では一例として１つのメサ部２１を有するIII−V族化合物半導体層９が示されている。メサ部２１は、例えば直線状又はストライプ状である。メサ部２１の幅ｄ１は２〜５μｍであることが好ましい。
【００２０】
III−V族化合物半導体層９は、リン元素（Ｐ）を含む。III−V族化合物半導体層９はＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰから構成されることが好ましい。III−V族化合物半導体層５は、例えばＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰから構成される。基板３は、例えばＧａＡｓから構成される。
【００２１】
III−V族化合物半導体層５の厚みは、８００〜１２００ｎｍであることが好ましい。III−V族化合物半導体層５がｎ型の場合、不純物としては例えばケイ素（Ｓｉ）等が挙げられる。このとき、不純物の濃度は例えば１×１０１８ｃｍ−３である。
【００２２】
活性層７は、例えばＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層から構成される量子井戸構造を有することが好ましい。活性層７の厚みは、４０〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００２３】
III−V族化合物半導体層９がｐ型の場合、不純物としては例えば亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。このとき、不純物の濃度は例えば１×１０１８ｃｍ−３である。III−V族化合物半導体層９がメサ部２１及びIII−V族化合物半導体層２３を有する場合、メサ部２１の高さｄ２は８００〜１２００ｎｍであることが好ましく、III−V族化合物半導体層２３の厚みは２００〜４００ｎｍであることが好ましい。
【００２４】
半導体レーザ１は、III−V族化合物半導体層９上に設けられたIII−V族化合物半導体層１１（第２のIII−V族化合物半導体層）と、III−V族化合物半導体層１１上に設けられたIII−V族化合物半導体層１３（第３のIII−V族化合物半導体層）とを備える。III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３とによって電流狭窄層１２が構成される。電流狭窄層１２は、例えば、メサ部２１を埋め込むように形成される。例えば、電流狭窄層１２に開口が設けられており、当該開口内にメサ部２１が配置されることが好ましい。III−V族化合物半導体層１１及びIII−V族化合物半導体層１３は第１導電型であることが好ましい。一実施例において、III−V族化合物半導体層１１及びIII−V族化合物半導体層１３はｎ型である。
【００２５】
III−V族化合物半導体層１１は、リン元素を含む。具体的には、III−V族化合物半導体層１１はＧａＩｎＰから構成されることが好ましい。III−V族化合物半導体層１３は、ヒ素元素（Ａｓ）を含む。具体的には、III−V族化合物半導体層１３はＧａＡｓから構成されることが好ましい。
【００２６】
III−V族化合物半導体層１１の厚みは、５〜３０ｎｍであることが好ましい。一実施例において、III−V族化合物半導体層１１の厚みは１０ｎｍである。III−V族化合物半導体層１１の厚みが５ｎｍ未満であると、III−V族化合物半導体層１１をエピタキシャル成長させることが困難となる傾向にある。一方、III−V族化合物半導体層１１の厚みが３０ｎｍを超えると、横方向の光閉じ込め性が低下する傾向にある。III−V族化合物半導体層１１がｎ型の場合、不純物としては例えばケイ素（Ｓｉ）等が挙げられる。このとき、不純物の濃度は例えば１×１０１７ｃｍ−３である。
【００２７】
III−V族化合物半導体層１３の厚みは、４００〜１０００ｎｍであることが好ましい。III−V族化合物半導体層１３がｎ型の場合、不純物としては例えばケイ素（Ｓｉ）等が挙げられる。このとき、不純物の濃度は例えば４×１０１７ｃｍ−３である。
【００２８】
半導体レーザ１は、III−V族化合物半導体層１３及びメサ部２１上に設けられたIII−V族化合物半導体層１５と、III−V族化合物半導体層１５上に設けられた電極１７と、基板３の下面３ａに設けられた電極１９とを備えることが好ましい。III−V族化合物半導体層１５は例えばコンタクト層として機能する。電極１７及び電極１９と活性層７とは電気的に接続されている。
【００２９】
III−V族化合物半導体層１５の厚みは、１０００〜１２００ｎｍであることが好ましい。一実施例において、III−V族化合物半導体層１５の厚みは１μｍである。III−V族化合物半導体層１５がｐ型の場合、不純物としては例えば亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。このとき、不純物の濃度は例えば５×１０１９ｃｍ−３である。
【００３０】
本実施形態の半導体レーザ１では、電極１７と電極１９との間に電圧を印加することにより、電流狭窄層１２により狭窄された電流が活性層７に供給される。その結果、半導体レーザ１からレーザ光が出力される。この半導体レーザ１では、リン元素を含むIII−V族化合物半導体層９上に、リン元素を含むIII−V族化合物半導体層１１が設けられているので、III−V族化合物半導体層１１を形成する際にIII−V族化合物半導体層９中のリン元素が抜け難くなる。その結果、III−V族化合物半導体層９と電流狭窄層１２との間において、リン元素が抜けることによる結晶欠陥が発生し難くなる。
【００３１】
また、半導体レーザ１は、III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３とを連続的に形成可能な構造を有しているので、III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３との間に不純物等が残存し難くなる。その結果、不純物による結晶欠陥が発生し難くなる。
【００３２】
したがって、半導体レーザ１では、III−V族化合物半導体層９と電流狭窄層１２との間のリーク電流が抑制される。したがって、半導体レーザ１の閾値は低い値となる。
【００３３】
また、III−V族化合物半導体層９がＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰから構成され、III−V族化合物半導体層１１がＧａＩｎＰから構成され、III−V族化合物半導体層１３がＧａＡｓから構成される場合、III−V族化合物半導体層９と電流狭窄層１２との間のリーク電流は顕著に抑制される。
【００３４】
（半導体レーザの製造方法）
図２及び図３は、実施形態に係る半導体レーザ１の製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。
【００３５】
［第１のIII−V族化合物半導体層形成工程］
まず、図２(ａ)及び図２(ｂ)に示されるように、活性層７上にリン元素を含むIII−V族化合物半導体層９を形成する。
【００３６】
＜エピタキシャルウェハ準備工程＞
具体的には、まず、図２(ａ)に示されるように、エピタキシャルウェハ１ａを準備する。エピタキシャルウェハ１ａは、基板３と、基板３上に形成されたIII−V族化合物半導体層５と、III−V族化合物半導体層５上に形成された活性層７と、活性層７上に形成されたIII−V族化合物半導体層９ａとを備える。III−V族化合物半導体層５、活性層７及びIII−V族化合物半導体層９ａは、例えば、８×１０３Ｐａ（６０Ｔｏｒｒ）程度の減圧ＭＯＣＶＤ法を用いて基板３上に順に形成される。
【００３７】
＜エッチング工程＞
次に、III−V族化合物半導体層９ａ上に所定のパターン形状を有するマスク３０を形成した後、図２(ｂ)に示されるように、III−V族化合物半導体層９ａの一部をエッチングすることによりIII−V族化合物半導体層９を形成する。本実施形態では、III−V族化合物半導体層９はメサ部２１及びIII−V族化合物半導体層２３を有する。マスク３０は、例えばフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされる。マスク３０は、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）から構成される。エッチングとしては、例えばウェットエッチング又はドライエッチング等が挙げられる。
【００３８】
［電流狭窄層形成工程］
続いて、図２(ｃ)に示されるように、III−V族化合物半導体層９上にリン元素を含むIII−V族化合物半導体層１１を形成する。その後、図３(ａ)に示されるように、III−V族化合物半導体層１１上にヒ素元素を含むIII−V族化合物半導体層１３を形成する。これにより、III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３とを有する電流狭窄層１２をIII−V族化合物半導体層９上に形成する。
【００３９】
＜エピタキシャル工程＞
具体的には、まず、図２(ｃ)に示されるように、III−V族化合物半導体層９上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてIII−V族化合物半導体層１１をエピタキシャル成長させる。続いて、図３(ａ)に示されるように、III−V族化合物半導体層１１上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてIII−V族化合物半導体層１３をエピタキシャル成長させる。ここで、III−V族化合物半導体層１３は、III−V族化合物半導体層１１を形成した成膜装置（例えばＭＯＣＶＤ装置）を用いて形成されることが好ましい。この場合、III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３とを連続的にエピタキシャル成長させることができるので、III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３との間に不純物等が残存し難くなる。
【００４０】
次に、例えばエッチング溶液（フッ酸：純水＝１：１）を用いてマスク３０を除去する。その後、図３(ｂ)に示されるように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてIII−V族化合物半導体層１３上にIII−V族化合物半導体層１５を形成する。
【００４１】
＜電極形成工程＞
次に、図１に示されるように、III−V族化合物半導体層１５上に電極１７を形成すると共に、基板３の下面３ａに電極１９を形成する。
【００４２】
以上の工程を経ることにより、図１に示される半導体レーザ１を製造することができる。本実施形態の半導体レーザの製造方法では、リン元素を含むIII−V族化合物半導体層９上に、リン元素を含むIII−V族化合物半導体層１１を形成するので、III−V族化合物半導体層１１を形成する際にIII−V族化合物半導体層９中のリン元素が抜け難くなる。その結果、III−V族化合物半導体層９と電流狭窄層１２との間に、リン元素が抜けることによる結晶欠陥が発生し難くなる。
【００４３】
また、本実施形態の半導体レーザの製造方法では、III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３とを連続的にエピタキシャル成長できるので、III−V族化合物半導体層１１とIII−V族化合物半導体層１３との間に不純物等が残存し難くなる。その結果、不純物による結晶欠陥が発生し難くなる。
【００４４】
したがって、得られる半導体レーザ１において、III−V族化合物半導体層９と電流狭窄層１２との間のリーク電流が抑制される。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、半導体レーザ１は基板３、III−V族化合物半導体層１５、電極１７及び電極１９を備えないとしてもよい。また、III−V族化合物半導体層９はメサ部２１を有していないとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態に係る半導体レーザの一例を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態に係る半導体レーザの製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。
【図３】実施形態に係る半導体レーザの製造方法の一例を模式的に示す工程断面図である。
【図４】埋め込み構造を有する半導体レーザの一例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…半導体レーザ、３…基板、５…III−V族化合物半導体層、７…活性層、９…第１のIII−V族化合物半導体層、１１…第２のIII−V族化合物半導体層、１２…電流狭窄層、１３…第３のIII−V族化合物半導体層、２１…メサ部。
【図１】
2006245513.tif 000003
【図２】
2006245513.tif 000004
【図３】
2006245513.tif 000005
【図４】
2006245513.tif 000006